大直径深孔灌注桩施工技术

2021-06-15汤继友

建材与装饰 2021年17期

汤继友

（上海宝冶集团有限公司，上海 200941）

1 工程概况

某超高层建筑工程，主楼68 层，高度323.3m，建筑面积约229450m2。建筑基础采用大直径钻孔灌注桩，主楼部分含242 根长桩和108 根短桩，具有大直径、深孔的特点，其中长桩桩径1100mm，长度 90～130m 不等；短桩桩径 800mm，长度 50～80m 不等。桩基持力层选择的是中风化基岩，考虑到稳定性要求，深入中风化基岩1.1m 或深入强风化基岩10m。

2 大直径深孔灌注桩的施工难点

（1）桩体长度较大。桩尖进入持力层-2 层的深度需超过10m，否则将难以维持桩体的稳定性；若-2 层厚度在10m 以内，出于安全层面的考虑，桩尖进入-3 层中风化层的深度需要超过1.1m；桩长明显偏大，对钻进方法以及桩身垂直度控制均提出较高的要求。

（2）现场地质条件复杂。淤泥层厚度达到30 余米，桩体施工范围内分布有全风化、强风化层，其中夹杂部分厚度不一的中风化残留体；在各桩体施工中，有201 根桩的持力层深入至中风化基岩中，该处的地质具有平衡性不足、倾角大的基本特点，因此加大了桩体的施工难度。

（3）残留体的干扰作用较强。中风化基岩的抗压强度达到180MPa，在相对较大的强度下明显加大钻进难度。其中，全风化、强风化基岩中还存在部分中风化残留体，该部分的厚度不均，达到0.5～14m，层面以倾斜状为主，受此影响，钻进过程中容易引发卡钻、孔斜、堵管等问题，导致钻进施工进程受阻，钻孔质量的可控性较差，不利于后续工作的顺利开展。

（4）孔壁稳定性要求高。施工现场的淤泥层厚度达到2～40m，各处缺乏均匀性，受淤泥层不稳定的影响，钻孔时孔壁的成型效果较差，例如容易发生坍塌，需切实做好护壁工作。反循环钻进过程中要求严格控制泥浆的制备参数及施工质量，切实发挥出泥浆护壁的作用。

3 施工技术关键要点

3.1 施工机械的配置

GPS-30A 型钻机6 台套，辅以4PNL 泥浆泵、6BSA 砂石泵、φ245 气举反循环钻杆；4 台套 GPS-20HA 型钻机，辅以 3PNL 泥浆泵、6BSA 砂石泵、φ194 钻杆。此外，根据浅孔、深孔两类孔的钻进施工要求，分别为之适配的是GPS-30A 型钻机、GPS-20HA 型钻机。

3.2 钻进方法

钻进采用泵吸反循环的方法。钻孔深度较大，对钻机的运行状态提出较高的要求，必须精准调整钻机的姿态，使其在施工全流程中均维持水平状态。钻进初期以轻压慢转的方式为主，遇第四系松散层时采用的是单腰带三翼刮刀钻头，实施“大泵量、中转速”的钻进模式，以便高效切削土体。考虑到钻孔倾斜度控制要求，下入钻杆导正器起到辅助作用。遇易斜地层时宜采取减压钻进的方法。

钻进期间密切关注深度范围内地质条件，灵活优化泥浆的性能，使其比重稳定在1.15～1.20，利用泥浆有效护壁。钻进期间及时捞取钻渣，对钻进所在位置的地质条件做出判断，以便根据此方面的情况对钻进速度和泥浆性能做灵活的调整，达到动态化施工的效果[1]。钻孔施工如图1 所示。

图1 钻孔施工

3.3 钢筋笼下放

钢筋笼分节拼装成型，主筋为20 根φ22 钢筋。若采用焊接的方法则存在施工工作量较大、效率较低的局限性。对此，主筋利用滚压直螺纹套筒连接，实际结果表明各接头所需时间约为30min，可以兼顾质量和效率的双重要求。为避免钢筋笼偏心问题，按2m 的间隔依次布设定位钢筋，同时在该处配套砂浆垫块。钢筋笼施工如图2 所示。

3.4 清孔

钻孔深度较大，泥浆用量偏多，为保证清孔质量，采取分阶段（2 次）清孔的方法，即在终孔时和混凝土浇筑前分别组织一次清孔作业。第一次清孔时不宜提升钻头，以慢速反循环的方式推进；二次清孔时利用浇筑导管完成。加强对泥浆比重的检测，终孔前该值需在1.15～1.20 区间内。考虑到清孔效果和时间的要求，在二次清孔时利用吊车稳定吊住吊管，将其适当向上提升，距孔底有一段距离后开始送浆清孔，此后以缓慢的速度下放导管，要求管的底端距孔底300～500mm，在该位置关系下全泵量清孔。清孔需具有持续性，期间适当活动导管，以便高效排出赋存在孔底四周的沉渣。

3.5 混凝土灌注

自二次清孔后，在随后的25min 内组织混凝土灌注作业，以免再次出现孔内沉渣量增多的情况，否则需进一步检测孔内沉渣并根据实际情况安排清孔。灌浆管需具有严密性与顺畅性，为满足连续性的灌注施工要求，配备足够容量的初灌大斗，确保导管埋深可达到0.8m 以上。桩孔深度较大，灌注过程中易形成大厚度的浮浆，并且空孔段的长度达到18m，因此混凝土灌注施工期间的控制性因素较多，必须加强对导管埋深及混凝土质量的控制[2]。根据灌注的时间要求，应保证混凝土的初凝时间达到10h以上。

4 大直径深孔灌注桩施工的控制措施

大直径深孔灌注桩的施工难度较大，施工过程中存在诸多干扰因素，因此必须严格遵循规范，按照特定的要求施工，准确把握施工技术的应用要点，切实提高大直径深孔灌注桩的施工质量。对此，提出如下几项控制措施：

（1）垂直度的控制。钻机就位时调平，使其呈水平状态且维持稳定；调整钻机塔架头部滑轮、转盘中心及桩位，要求达到三点共线的状态；钻机运行全过程中机身均要维持稳定，以免出现位移、倾斜现象；正式钻进前满负荷运转，用于判断钻机的运行特性，若存在故障则及时处理，以免“将问题带到施工中”。钻进参数根据现场地质条件而定，黏土层以Ⅱ挡（70r/min）为宜，钻压适当减小，允许以较快的速度钻进；遇砂层土等特殊的地质条件时宜放慢转速，以Ⅰ挡（40r/min）为宜，同时适当加大钻进压力。

此外，钻进过程中加强检查，例如桩架是否有失稳的情况，现场土体是否有大幅度下陷的情况。在钻杆的接长以及拆除过程中对钻杆接头的实际情况做详细的检查，例如其连接是否具有紧密性。正式钻孔前检查钻头的直径以及完整度，若有较大范围的磨损则及时修补或更换，直至钻头各方面均可满足要求为止。

（2）沉渣厚度的控制。成孔后适当向上提高钻头，使其与孔底保持10～20cm 的距离，以慢速的状态空转，并保证循环清孔时间达到30min 及以上。在钢筋笼吊放过程中检查并调整钢筋笼的中心，确保其能够与桩中心重合，否则容易由于钢筋笼偏位而发生碰撞孔壁的情况。混凝土浇筑时，导管底部至孔底的距离控制在30～40mm，为满足导管一次埋深达到1.0m 以上的要求，需有足够的混凝土储备量，在灌注过程中，依托于混凝土的冲击力有效清理孔底的沉渣，避免沉渣超量的问题[3]。

（3）定期检查，加以预防。钻孔超深，若因操作不当或其他原因而出现孔内质量问题，将明显加大处理难度。对此，在成孔期间需加强质量检验，防微杜渐，从源头上避免出现质量问题。例如，在钻进期间及时检查钻具，若有受损等缺陷则及时采取维修等相关处理措施。

（4）全面控制各项作业参数。充盈系数是大直径深孔灌注桩施工中的重点控制指标，应充分考虑导正器对桩孔的扩径、钻杆的刚度、钻进参数（例如钻压、转速）等因素，其均会对充盈系数带来影响。施工中加强对各项参数的检测与控制，使其均具有合理性，进而确保充盈系数得到有效的控制。

（5）加大清孔力度。孔内沉渣将直接对桩体的承载力带来影响，而桩孔深度较大，需要采取有效的清孔措施，保证清孔质量、缩短清孔时间。